我国学者聚集诱导首次实现可见光催化芳基端烯[2+2]环加成
来源:国家自然科学基金委员会化学科学部   作者:编辑:陈志军   点击数:24   日期:2020-03-19   字体:【

    在国家自然科学基金项目资助下(批准号:91427303),中国科学院理化技术研究所吴骊珠课题组首次实现了聚集诱导端烯分子发生高效的光催化芳基端烯[2+2]环加成反应。成果以“聚集诱导端烯分子发生高效的光催化[2+2]环加成反应(Aggregation-Enabled Intermolecular Photo[2+2]cycloaddition of Aryl Terminal Olefins by Visible-Light Catalysis)”为题,以通讯(Communication)的形式发表在《中国化学会化学》(CCS Chemistry)期刊上,论文链接为:https://doi.org/10.31635/ccschem.019.20190049。

      环丁烷骨架是众多活性药物分子和天然产物的基本构筑单元。通过烯烃的[2+2]光环加成反应合成四元环丁烷的方法很有效。即在可见光的照射下,光催化剂与烯烃分子之间发生电子转移或能量传递,从而极大提高了[2+2]光环加成反应的效率和选择性。然而受制于较高的氧化还原电位以及较高的三重激发态能量,芳基端烯尤其是贫电子端烯很难通过可见光催化活化。研究人员通过对照实验、动力学分析以及光谱数据发现,芳基端烯分子在溶液中聚集形成的聚集体拥有比单体更低的三重态能量。基于此,研究者用普通光催化剂Ir(ppy)3通过三重态-三重态能量传递,实现了芳基端烯分子的[2+2]环加成反应,高效构筑了四元环丁烷产物。其中,反应模式与传统模式不同:芳基端烯生成的分子聚集体与激发态光催化剂发生能量传递生成[2+2]环加成产物,而非单个底物分子接受光催化剂的能量到达激发态后再与另一个基态分子发生反应。

    图.聚集诱导光催化与传统光催化路径对比

      研究人员发现本反应路径具有良好的底物适用性。与在苯乙烯衍生物的自身二聚反应中取代的甲基、大位阻的叔丁基、给电子的甲氧基和氨基、吸电子的三氟甲基和氰基等均能很好的兼容,并以中等以上的产率得到环丁烷骨架。此外,苯乙烯衍生物之间的交叉[2+2]环加成反应也可高效地进行,且对取代基团的空间位阻以及电子效应等均表现良好的耐受性。

      本研究首次利用分子聚集实现了可见光催化芳基端烯的[2+2]环加成反应,为1,2-二芳基环丁烷骨架的合成提供了切实可行的路径。该方法不依赖于底物和光催化剂的电子和位阻效应,而是利用底物的聚集行为使反应高效进行。该研究有助于拓展[2+2]光环加成反应的深度和广度,也可为设计新型可见光催化化学转换提供新的思路。

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